JP2018133732A - 通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えつつ基板に搭載された無線通信モジュールのキャリブレーションを実行できる通信機器を提供する。【解決手段】アンテナ１０と無線通信モジュール２０とを接続する信号線４０であって、その一部が分断されている箇所を有し、当該分断されている箇所に隣接する隣接部分の線幅が本体部分より広く形成されている信号線４０と、本体部分に対向するように配置されている第１のグラウンドパターンと、隣接部分に対向するように配置されている第２のグラウンドパターンと、を含み、隣接部分から第２のグラウンドパターンまでの距離が、本体部分から第１のグラウンドパターンまでの距離よりも長く、アンテナ１０と無線通信モジュール２０とが、信号線４０、及び隣接部分に接着されたはんだを介して接続されている通信機器である。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信を実行する通信機器、及びその製造方法に関する。

無線通信用のアンテナ、及び無線通信モジュールを備える通信機器を製造する際には、無線通信モジュールが基板に搭載された状態で、個々の無線通信モジュールに対するキャリブレーションを実行する場合がある。このようなキャリブレーションの結果を反映した送信電力などの設定値を個々の通信機器内に設定しておくことにより、好適な条件で無線通信を実現できるようになる。

上述したようなキャリブレーションを実行するために、無線通信モジュールとアンテナとを接続する信号線（給電線）上にＲＦスイッチ等のスイッチ素子を配置し、このスイッチ素子を介して測定機器を無線通信モジュールと接続することが行われている。しかしながら、このようなスイッチ素子は、キャリブレーションの完了後は不要であるにもかかわらず、製造コストを増加させる要因となってしまう。

本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、製造コストを抑えつつ基板に搭載された無線通信モジュールのキャリブレーションを実行できる通信機器、及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る通信機器は、アンテナと無線通信モジュールとを接続する信号線であって、その一部が分断されている箇所を有し、当該分断されている箇所に隣接する隣接部分の線幅が本体部分より広く形成されている信号線と、前記本体部分に対向するように配置されている第１のグラウンドパターンと、前記隣接部分に対向するように配置されている第２のグラウンドパターンと、を含み、前記隣接部分から前記第２のグラウンドパターンまでの距離が、前記本体部分から前記第１のグラウンドパターンまでの距離よりも長く、前記アンテナと前記無線通信モジュールとが、前記信号線、及び前記隣接部分に接着されたはんだを介して接続されていることを特徴とする。

本発明に係る通信機器の製造方法は、アンテナと無線通信モジュールとを接続する信号線であって、その一部が分断されている箇所を有し、当該分断されている箇所に隣接する隣接部分の線幅が本体部分より広い信号線、前記本体部分に対向する第１のグラウンドパターン、及び、前記隣接部分に対向する第２のグラウンドパターンを形成する工程と、前記信号線の前記隣接部分より前記無線通信モジュール側の位置に測定機器を接続させて、前記無線通信モジュールの測定を行う工程と、前記無線通信モジュールの測定を行った後で、前記分断されている箇所をはんだ付けして前記無線通信モジュールと前記アンテナとを接続する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る通信機器が備える多層基板の概要を示す平面図である。 多層基板の第１パターン層に形成されたパターンの一部を示す部分拡大図である。 多層基板の第２パターン層に形成されたパターンの一部を示す部分拡大図である。 多層基板の第３パターン層に形成されたパターンの一部を示す部分拡大図である。 多層基板の第４パターン層に形成されたパターンの一部を示す部分拡大図である。 多層基板の断面の様子を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る通信機器１は、例えばパーソナルコンピュータや据え置き型ゲーム機、ゲーム機のコントローラ、携帯型ゲーム機、スマートフォンなどであってよい。図１は、通信機器１が備える多層基板の概要を示す平面図である。同図に示されるように、通信機器１は、他の通信機器やアクセスポイント等と無線通信を行うためのアンテナ１０と、アンテナ１０による無線通信を制御する無線通信モジュール２０と、無線通信モジュール２０が搭載された多層基板３０と、多層基板３０に形成され、無線通信モジュール２０とアンテナ１０とを接続する信号線４０と、を備えている。

多層基板３０は、パターン配線の層（以下、パターン層という）を３層以上備えている。本実施形態では、基板表面に形成された第１パターン層Ｐ１、基板内部に形成された第２パターン層Ｐ２及び第３パターン層Ｐ３、並びに基板裏面に形成された第４パターン層Ｐ４、の計４層のパターン層を備えているものとする。これら複数のパターン層の間には、絶縁体からなる基材層Ｂ１〜Ｂ３が形成されている。

図２〜図５は、第１パターン層Ｐ１〜第４パターン層Ｐ４に形成されたパターンの一部を示す部分拡大図である。これらの図では、特に信号線４０のアンテナ１０側の端部近傍（図１において破線で囲まれた部分）が拡大して示されている。また、図６は、この領域の多層基板３０の断面を模式的に示す断面図であって、信号線４０の延伸方向に沿って多層基板３０を切断した様子を示している。

アンテナ１０は逆Ｆアンテナであって、図１に示すように、第１パターン層Ｐ１内のパターンによって形成されている。無線通信モジュール２０は、信号線４０を介してアンテナ１０と接続され、アンテナ１０による無線通信を制御する。

信号線４０は、第１パターン層Ｐ１内において、無線通信モジュール２０とアンテナ１０の間に形成されているパターン配線である。ただし、この信号線４０は、アンテナ１０と直接接続されているわけではなく、途中で分断されている。以下では、無線通信モジュール２０とアンテナ１０の間で信号線４０が分断されている箇所を、分断点Ｄという。本実施形態では、図２に示すように、分断点Ｄは信号線４０とアンテナ１０との境界位置に配置されている。すなわち、信号線４０はアンテナ１０と接続する直前の位置で分断されている。

信号線４０は、分断点Ｄから見て無線通信モジュール２０側の位置（すなわち、アンテナ１０直前の位置）において、その線幅が他の部分よりも広くなっている。ここで信号線４０の線幅は、信号線４０の延伸方向と直交する向きの長さを指している。以下では、この線幅が広い部分をランド４２といい、信号線４０のランド４２を除いた部分を本体部４１という。アンテナ１０のうち、分断点Ｄを挟んでランド４２の反対側の部分も、アンテナ１０の他の部分よりも幅が広くなっている。以下では、この信号線４０に隣接する、アンテナ１０の他の部分よりも幅が広い部分を、アンテナ１０の基端部１１という。

さらに、信号線４０のランド４２より無線通信モジュール２０側の位置には、貫通孔４３が形成されている。多層基板３０の裏面（すなわち、第４パターン層Ｐ４）には、この貫通孔４３を含む領域に測定ランド４４が形成されている。測定ランド４４は、貫通孔４３を介して信号線４０と導通している。また、図５に示すように、第４パターン層Ｐ４内において測定ランド４４の周囲には、グラウンドパターンＧ４が配置されている。

無線通信モジュール２０のキャリブレーションを実行する際には、測定機器が備える測定プローブの先端部分を、多層基板３０裏面側から測定ランド４４の中心部分に接触させる。測定プローブの周囲にはグラウンド端子が配置されており、測定プローブの先端を測定ランド４４に接触させた際には、同時にこのグラウンド端子がグラウンドパターンＧ４に接触するようになっている。この状態で測定機器は、無線通信モジュール２０からの信号を測定する。前述したように信号線４０は分断点Ｄでアンテナ１０と分断されているので、キャリブレーション実行時には、無線通信モジュール２０はアンテナ１０と導通していない。そのため、測定プローブは、測定ランド４４、貫通孔４３、及び信号線４０の本体部４１を経由して無線通信モジュール２０と接続される。これにより測定機器は、実際の使用時に近い環境で無線通信モジュール２０からの信号を測定することができる。

無線通信モジュール２０のキャリブレーションのための測定工程が実施された後、信号線４０のランド４２とアンテナ１０の基端部１１とがはんだ付けによって電気的に接続される。これにより、無線通信モジュール２０とアンテナ１０とが信号線４０を介して電気的に接続され、無線通信モジュール２０がアンテナ１０による無線通信の制御を実行できるようになる。図１及び図６では、このはんだ付けによってはんだ５０が接着された状態を示している。

このように、本実施形態では、無線通信モジュール２０とアンテナ１０とを結ぶ信号線４０が分断点Ｄで分断されているため、アンテナ１０と接続される前の無線通信モジュール２０に対して測定プローブを用いた測定を行って、キャリブレーションを実行することができる。その後、分断点Ｄをはんだ付けすることによって、無線通信モジュール２０とアンテナ１０とを電気的に接続する。これにより、ＲＦスイッチ等の回路部品を設けることなく、多層基板３０に搭載された状態の無線通信モジュール２０に対するキャリブレーションを実行できる。

ランド４２は、以上説明したような手順でキャリブレーションを実行した後に、無線通信モジュール２０とアンテナ１０をはんだ付けで接続するために必要なスペースである。このランド４２は、はんだ５０を載せるために、本体部４１と比較して幅広に形成する必要がある。しかしながら、このように信号線４０の線幅を経路の途中で変化させると、その部分で信号線４０のインピーダンスが変化するおそれがある。このようなインピーダンスの変化は、通信品質の劣化を招くことがあり、好ましくない。特に、アンテナ１０が高周波での通信を行う場合、このようなインピーダンスの変化による影響が大きくなる。そこで本実施形態では、本体部４１とランド４２とで、参照グラウンドまでの距離を異ならせることで、インピーダンスの変動を抑えている。これにつき、以下、詳細に説明する。

信号線４０のインピーダンスは、信号線４０自体の線幅、及び厚さだけでなく、参照グラウンドまでの距離、及び信号線４０と参照グラウンドとの間に存在する誘電体の誘電率によって決定される。ここで参照グラウンドは、回路のグラウンドを構成するグラウンドパターンのうち、信号線４０と対向する位置に配置されているグラウンドパターンである。このことから、信号線４０の線幅が変化する場所では、参照グラウンドまでの距離を変化させることで、信号線４０のインピーダンスが大きく変化しないようにすることができる。

図３に示されるように、本実施形態では、第２パターン層Ｐ２内の本体部４１と対向する領域には、グラウンドパターンＧ２が形成されている。すなわち、グラウンドパターンＧ２は、本体部４１と平行な向きで、基材層Ｂ１の厚さに相当する距離ｄ１だけ本体部４１から離れた位置に配置されており、その間には基材層Ｂ１を構成する誘電体が充填された状態となっている。そのため、本体部４１については、このグラウンドパターンＧ２が参照グラウンドとなっている。

これに対して、第２パターン層Ｐ２のランド４２と対向する領域（図中一点鎖線で示される領域）には、グラウンドパターンが形成されていない。一方、図４に示されるように、第３パターン層Ｐ３のランド４２と対向する領域（図中一点鎖線で示される領域）には、グラウンドパターンＧ３が形成されている。すなわち、グラウンドパターンＧ３は、ランド４２と平行な向きで、およそ基材層Ｂ１及びＢ２の厚さに相当する距離ｄ２だけ離れた位置に配置され、ランド４２とグラウンドパターンＧ３の間には基材層Ｂ１及びＢ２を構成する誘電体が充填された状態となっている。そのため、ランド４２については、グラウンドパターンＧ３が参照グラウンドとなる。これにより、図６にも示されるように、ランド４２の参照グラウンドまでの距離ｄ２は、本体部４１の参照グラウンドまでの距離ｄ１と比較して、基材層Ｂ２の厚さの分だけ長くなっている。

本体部４１の線幅、及びランド４２の線幅は、それぞれの参照グラウンドまでの距離の相違を考慮して、両者のインピーダンスが一致するように決定されている。これにより、本体部４１とランド４２とで、インピーダンスが大きく相違しないようにすることができる。

ここで、多層基板３０のパターン層を利用してグラウンドパターンを配置することから、信号線４０からグラウンドパターンまでの距離を設計上の都合で任意に調整することは困難であり、例えば第２パターン層までの距離ｄ１や第３パターン層までの距離ｄ２のように、離散的な固定値となる。そのため、ランド４２は、その線幅がランド４２内で略一定になるように形成されている。すなわち、ランド４２は略矩形形状となっており、その線幅は本体部４１とは相違しているものの、ランド４２内では一定値に保たれている。これにより、ランド４２内でもインピーダンスを一定にすることができる。

逆に、アンテナ１０については、アンテナ１０全体のインピーダンスを制御できていればよく、単位長さあたりのインピーダンスを一定に保つ必要性はない。そのため、アンテナ１０の基端部１１については、はんだ付けの作業性向上などの理由から、線幅を一定値に保つのではなく、ランド４２に近づくにつれて線幅が広くなる略三角形形状に形成している。

なお、本実施形態においては、分断点Ｄを信号線４０のアンテナ１０側の端部としているが、これに限らず、信号線４０の経路途中の位置でパターンを分断してもよい。ただし、その場合には、分断点Ｄの両側にはんだ付け用のランドを設ける必要がある。そのため、信号線４０の経路上において、線幅が広い領域を比較的長くする必要が生じる。これに対して本実施形態では、信号線４０の端部を分断点Ｄとしており、アンテナ１０の端の基端部１１をはんだ付けのためのランドとして利用している。そのため、信号線４０の途中に分断点Ｄを配置する場合と比較して、信号線４０内におけるランドの長さを短くすることができる。

キャリブレーションの際に測定プローブを接触させる測定ランド４４は、無線通信モジュール２０と電気的に接続させるために、分断点Ｄよりも無線通信モジュール２０側に設ける必要がある。しかも、分断点Ｄにできる限り近い位置に設けることが望ましい。分断点Ｄから離れた位置に測定ランド４４を設けると、測定ランド４４から分断点Ｄまでの信号線４０がキャリブレーションの際にスタブとして作用し、測定の精度に影響を及ぼすからである。そこで本実施形態では、グラウンドパターンと分離するために必要なクリアランス等を確保可能な範囲内で、できる限りランド４２に近い位置に貫通孔４３を形成している。

また、本実施形態では測定ランド４４をランド４２と反対側の多層基板３０裏面に配置することとしたが、測定ランド４４をランド４２と同じ多層基板３０表面側に配置してもよい。しかしながら、測定ランド４４はある程度の大きさが必要であり、かつ、その周囲にグラウンドパターンを設ける必要がある。そのため、このような測定ランド４４を多層基板３０のランド４２と同じ側の面に配置しようとすると、ランド４２からある程度離れた位置に配置する必要がある。その場合、信号線４０は途中で分岐し、分岐点からランド４２までの信号線４０はキャリブレーション実行時にスタブとして作用する。また、分岐点から測定ランド４４までの信号線は、アンテナ１０を利用した無線通信の実行時にスタブとして作用する。前述の通り、このようなスタブは信号線４０を介した通信に影響を及ぼすため、できるだけ短くすることが好ましい。本実施形態では、測定ランド４４を多層基板３０裏面側に設けることで、このようなスタブの長さを概ね多層基板３０の厚さに相当する長さに抑えている。

また、本実施形態では、測定ランド４４は全体として略円形状に形成されているが、貫通孔４３は測定ランド４４の中心からずれた位置に配置されている。そのため、測定ランド４４は、中心の大きな円に対して、貫通孔４３を中心とした小さな円が一部重なった形状となっている。これは、キャリブレーション実行時に、測定プローブが貫通孔４３の位置に当接しないようにするためである。貫通孔４３が測定ランド４４の中心近傍に存在すると、測定プローブを測定ランド４４に接触させようとした際に、測定プローブの先端が貫通孔４３に入り込もうとしたり、測定プローブと貫通孔４３との重なり具合によって測定プローブの接触圧が変化したりする。このような状態になると、同じ条件で精度よく測定することが困難になる。そこで、測定ランド４４の中心から貫通孔４３までの距離を離すことによって、測定ランド４４の中心近傍に測定プローブを接触させる際に、貫通孔４３と測定プローブが重ならないようにしている。

以上説明したように、本実施形態に係る通信機器１は、無線通信モジュール２０とアンテナ１０との間の信号線４０に分断点Ｄを設け、キャリブレーション実行後に分断点Ｄの箇所をはんだ付けすることで、ＲＦスイッチ等を使用せずに多層基板３０に搭載された無線通信モジュール２０のキャリブレーションを可能としている。さらに、信号線４０の本体部４１と、はんだ付けのために本体部４１より線幅が広くなっているランド４２とで、参照グラウンドまでの距離を変化させることによって、両者のインピーダンスが大きく相違しないようになっている。

なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば以上の説明では多層基板３０は４層基板であることとしたが、これ以外の層数の基板であってもよい。また、以上の説明では本体部４１については信号線４０が形成された基板表面から数えて１層目のパターン層、ランド４２については２層目のパターン層に参照グラウンドを設けることとしたが、これに限らず、３層目のパターン層など、別のパターン層に参照グラウンドを設けてもよい。また、ランド４２の参照グラウンドは、多層基板３０の裏面側に配置されてもよい。

１ 通信機器、１０ アンテナ、１１ 基端部、２０ 無線通信モジュール、３０ 多層基板、４０ 信号線、４１ 本体部、４２ ランド、４３ 貫通孔、４４ 測定ランド、５０ はんだ。

Claims (8)

1. アンテナと無線通信モジュールとを接続する信号線であって、その一部が分断されている箇所を有し、当該分断されている箇所に隣接する隣接部分の線幅が本体部分より広く形成されている信号線と、
   前記本体部分に対向するように配置されている第１のグラウンドパターンと、
   前記隣接部分に対向するように配置されている第２のグラウンドパターンと、
   を含み、
   前記隣接部分から前記第２のグラウンドパターンまでの距離が、前記本体部分から前記第１のグラウンドパターンまでの距離よりも長く、
   前記アンテナと前記無線通信モジュールとが、前記信号線、及び前記隣接部分に接着されたはんだを介して接続されている
   ことを特徴とする通信機器。
2. 請求項１に記載の通信機器において、
   前記信号線は、前記アンテナ側の端部の位置で、前記アンテナと分断されている
   ことを特徴とする通信機器。
3. 請求項１又は２に記載の通信機器において、
   前記信号線は多層基板の表面に形成されており、
   前記第１のグラウンドパターンは、前記多層基板内部のパターン層に形成されており、
   前記第２のグラウンドパターンは、前記多層基板内部の前記第１のグラウンドパターンが形成されたパターン層とは別のパターン層、又は前記多層基板の裏面に形成されている
   ことを特徴とする通信機器。
4. 請求項３に記載の通信機器において、
   前記隣接部分は、矩形形状に形成されている
   ことを特徴とする通信機器。
5. 請求項３又は４に記載の通信機器において、
   前記信号線の前記隣接部分より前記無線通信モジュール側の位置には、前記無線通信モジュールの測定を行う測定機器を接続するための測定ランドが接続されている
   ことを特徴とする通信機器。
6. 請求項５に記載の通信機器において、
   前記測定ランドは、前記多層基板の裏面に形成されており、前記多層基板を貫通する貫通孔を介して前記信号線に接続されている
   ことを特徴とする通信機器。
7. 請求項６に記載の通信機器において、
   前記貫通孔は、前記測定ランドの中心位置からずれた位置に設けられている
   ことを特徴とする通信機器。
8. アンテナと無線通信モジュールとを接続する信号線であって、その一部が分断されている箇所を有し、当該分断されている箇所に隣接する隣接部分の線幅が本体部分より広い信号線、前記本体部分に対向する第１のグラウンドパターン、及び、前記隣接部分に対向する第２のグラウンドパターンを形成する工程と、
   前記信号線の前記隣接部分より前記無線通信モジュール側の位置に測定機器を接続させて、前記無線通信モジュールの測定を行う工程と、
   前記無線通信モジュールの測定を行った後で、前記分断されている箇所をはんだ付けして前記無線通信モジュールと前記アンテナとを接続する工程と、
   を含むことを特徴とする通信機器の製造方法。

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